Юрий Николаевич Логинов – доктор технических наук, профессор кафедры «Обработка металлов давлением», УрФУ; ведущий научный сотрудник Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН.
620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19; 620108, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18
Yuri N. Loginov – Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department “Metal Processing by Pressure”, Ural Federal University named after the First President of Russia B.N. Yeltsin (UrFU); Leading Research Scientist, Institute of Metal Physics named after M.N. Mikheev of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences.
19 Mira Str., Yekaterinburg 620002; 18 S. Kovalevskaya Str., Yekaterinburg 620108
Александр Викторович Разинкин – кандидат технических наук, директор по технологии, ОАО «КУМЗ».
623405, Свердловская обл., Каменск-Уральский, ул. Заводская, 5
Alexander V. Razinkin – Cand. Sci. (Eng.), Director of Technology, JSC “KUMZ”.
5 Zavodskaya Str., Sverdlovsk region, Kamensk-Uralsky 623405
Георгий Викторович Шимов – кандидат технических наук, доцент кафедры «Обработка металлов давлением», УрФУ.
620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
Georgy V. Shimov – Cand. Sci. (Eng.), Ass. Professor of the Department “Metal Processing by Pressure”, UrFU.
19 Mira Str., Yekaterinburg 620002
Татьяна Викторовна Мальцева – кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения, УрФУ.
620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
Tatiana V. Maltseva – Cand. Sci. (Eng.), Ass. Professor of the Department of Materials Science, UrFU.
19 Mira Str., Yekaterinburg 620002
Наталья Игоревна Бушуева – инженер-исследователь научной лаборатории «Обработка металлов давлением», УрФУ.
620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19
Natalia I. Bushueva – Research Engineer of the Scientific Laboratory “Metal Processing by pressure”, UrFU.
19 Mira Str., Yekaterinburg 620002
Елена Геннадьевна Дымшакова – начальник центральной заводской лаборатории ОАО «КУМЗ».
623405, Свердловская обл., Каменск-Уральский, ул. Заводская, 5
Elena G. Dymshakova – Head of the Central Factory Laboratory, JSC “KUMZ”.
5 Zavodskaya Str., Sverdlovsk region, Kamensk-Uralsky 623405
Наталья Александровна Калинина – инженер-технолог ОАО «КУМЗ».
623405, Свердловская обл., Каменск-Уральский, ул. Заводская, 5
Natalia A. Kalinina – Process Engineer, JSC “KUMZ”.
5 Zavodskaya Str., Sverdlovsk region, Kamensk-Uralsky 623405
Выявлены особенности строения зон недостаточной проработки металла в нестационарной стадии прессования. В условиях ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» (Россия) на прессе номинальным усилием 120 МН выполнено прессование слитка из контейнера диаметром 800 мм с получением прутка диаметром 355,6 мм. Материал слитка – алюминиевый сплав АД33 (ГОСТ 4784) – аналог сплава 6061 по стандарту ASTM системы Al–Mg–Si. Относительное обжатие в таком процессе составляло 80 %, а коэффициент вытяжки – 5,06. Дальнейшее исследование включало изучение макроструктуры, микроструктуры вдоль радиальной координаты, определение среднего размера зерна вдоль радиальной координаты, испытания механических свойств при комнатной и повышенной температурах. Установлено, что макроструктура выходной части прутка – мелкозернистая, однородная, плотная, неметаллические и интерметаллидные включения отсутствуют. Однако по поперечному сечению выявлена разноструктурность: в центре структура демонстрирует слабодеформированное состояние, сохраняя рисунок строения дендритных ячеек, унаследованных от литья; на периферии структура имеет строчечное строение, ее составляющие малого размера и равномерно распределены. Получены значения прочностных свойств при повышенных температурах и выполнено сравнение с известными из литературы данными. Материал в опытах оказался прочнее почти в 2 раза, что говорит о его неполном разупрочнении. Также выполнено сравнение пластических свойств. В расчетной части с помощью программного модуля DEFORM-2D проведено численное моделирование прессования с малым коэффициентом вытяжки. Выявлено, что металл на периферии подвергается большей степени деформации с самого начала процесса. Отслеживание ситуации по шагам показало, что на первом шаге деформации локализованы вблизи отверстия матрицы, на втором – наблюдалось образование жесткой зоны в окрестности стыка матрицы и рабочей втулки контейнера. В периферийной области установился слой металла со степенью деформации 1,75–2,00. В то же время в центре этот диапазон снизился до 0,75–1,00, т.е. значения оказались практически в 2 раза меньше. На третьем шаге периферийный слой с повышенным уровнем деформации имеет клинообразную форму, на четвертом – периферийный (с повышенной степенью деформации) слой имеет равную толщину вдоль оси прессования, что говорит о наступлении стационарной стадии. Для переднего конца прутка на периферии показатель пластической деформации выше, чем для центральной части. Это подтверждает результаты структурного анализа, где было показано, что в центральной части может сохраняться литая структура, в то время как на периферии возникают все признаки наличия деформированного состояния. Таким образом, если возникает необходимость использования этой части заготовки в качестве материала с необходимым уровнем свойств, то придется применить технологическую операцию с увеличением накопленной степени деформации. При запланированной повторной обработке прессованием создаются условия для проработки областей металла, недостаточно деформированных при первичной обработке.
The structure of insufficiently deformed areas at the non-steady phase of extrusion was studied. The tests at Kamensk Uralsky Metallurgical Works using a 120 MN press and 800 mm dia. container, in order to extrude a 355.6 mm dia. Bar was performed. The bar material is the Al–Mg–Si AD33 aluminum alloy (GOST 4784), similar to ASTM 6061. The percentage reduction was 80 %, and the reduction ratio was 5.06. After that, the macrostructure, microstructure, and average grain size along the radius, mechanical properties at room and elevated temperatures were investigated. It was found that the extruded bar macrostructure is fine-grained, homogeneous, and dense, with no nonmetallic or intermetallic inclusions. The cross-section contained several structures. The central part is weakly deformed preserving the dendritic cell structure inherited from the casting. At the circumference, a streaked structure is formed. Its components are crushed and uniformly distributed. We measured the strength at elevated temperatures and compared the results to the data available in the literature. The tested material strength almost doubled, thus indicating its incomplete softening. The ductility was also performed. The DEFORM-2D software, in order to simulate the low reduction of extrusion was used. The metal at the circumference is exposed to a greater strain from the extrusion beginning. A step-by-step analysis indicated that at the first step, the strain is localized near the die hole. In the second step, a rigid area is formed in the vicinity of the die/container liner interface. The circumference layer of metal with a 1.75–2.00 reduction of area is formed. At the bar center, this range is 0.75–1.00 (half of the circumference value). In the third step, the circumference layer with an elevated strain has a wedge-like shape. In the fourth step, the circumference layer (with elevated strain) has an equal thickness along the extrusion axis. This indicates the steady phase. The plastic strain at the bar front end is higher at the circumference than in the center. This confirms the structural analysis results. They show that the central part of the bar may retain its cast structure, while the circumference is deformed. If the bar central part is required to have some specific properties, the bar has to undergo another manufacturing operation to increase the accumulated strain. Re-extrusion processes the areas insufficiently deformed during the first extrusion.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.